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Verfahren zur Ölgewinnung aus ölhaltigen pflanzlichen Rohstoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur 61-gewinnung aus ölhaltigen
pflanzlichen Rohstoffen, insbesondere Getreidekeimen, durch enzymatischen Aufschluss.
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Üblicherweise erfolgt die Gewinnung pflanzlicher Öle aus Keimen, Samen
und Früchten durch Pressen und/oder durch Extrahieren mit organischen Ldsungsiitteln
in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Arbeitsweise. Dabei kommt der Vorbehandlung
des Rohstoffes bzw. der Konditionierung fUr das Erreichen einer wirtschaftlich vertretbaren
Ausbeute bei hoher Ölqualität Bedeutung zu. Ziel der Konditionierung, bei welcher
der mechanische Zerkleinerungsgrad, der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangenaborials,
die Temperatur und die Zeit eine Rolle spielen, ist die Brleichterung des Olaustrittee
(beim Preisen) bzw. des Eindringes des Extraktionsmittels (beim Extrahieren) durch
Zerstörung der Pflanzenzellen und durch thermische Ausdehnung
des
Zellinhalts.
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Der iufschluss des Zeliverbandes ist auch deshalb von Bedeutung, weil
lan bestrebt ist, die Bedingungen der folgenden Prozeßschritte, wie Pressdruck,
Presateiperatur und Presszeit, so zu wählen, dass bei einem wirtechattlioh tragbaren
Durchsatz durch die Anlage ein O1 von möglichst hoher Qualität erhalten wird.
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Bei der Gewinnung von Keilmölen, beispielsweise von Kaiskeimöl, ist
es besonders wichtig, niedrige, vorzugsweise unter etwa 6000 liegende Temperaturen
einzuhalten, um eine möglichst vollständige Erhaltung der ernährungsphysiologisch
wichtigen aber chemisch sehr labilen fettlöslichen Begleitstoffe, wie Vitamine,
bei gleichzeitiger hoher Ölausbeute zu erreichen. Auch darf durch den Presavorgang
nicht die Bildung qualitätsmindernder Stoffe gefördert werden, die ansohliessend
unter Verlust wertvoller Bestandteile durch entsprechend scharfe Raffinationsbedingungen
wieder aus den Öl entfernt werden müssen.
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Es ist deshalb bereits vorgeschalgen worden, das Pressen in mehreren
Stufen vorzunehmen, sich dabei auf relativ niedrige Ausbeuten zu beschränkten und
so ein Öl unterschiedlicher Qualität hinsichtlich der Inhaltastoffe zu erhalten.
Weiterhin hat man zur Erhöhung der Ölausbeute versucht, den Zellverband mit Chemikalien,
wie Soda-oder Ammoniaklösung (Französisches Patent 603.836) oder Säure-Lösungen
(Deutsches Patent 557.553) oder auch durch Bakterien (Ind.Eng.Ohem. 22, S. 117g
1930) oder pektolytische Enzyme unter anaeroben Bedingungen (Britisches Patent 326.159)
aufzuschliessen.
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Im Hinblick auf die mit der angestrebten ernäherungsphysiologischen
Qualität der Öle nicht zu vereinbarende Verwendung von Chemikalien und die fur den
bakteriellen Aufschluss erforderlichen sehr langen Reaktionszeiten (150 Std. unter
Luftabschluss) kommt diesen Vorschlägen nur wissenschaftliche aber kaum praktische
Bedeutung zu.
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Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch das erfindungsgemässe
Verfahren zur Ölgewinnung aus pflanzlichen Rohstoffen, besonders Getreidekeimen,
durch enzymatischen Aufschluss vermieden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass die pflanzlichen Rohstoffe auf einen Wassergehalt von max. 10 ,, vorzugsweise
von etwa 3 bis etwa 5 *, getrocknet, das getrocknete Material fein vermahlen, auf
einen Wassergehalt von mindestens 50 % verdünnt und mit cellulytisch wirksamen Enzymen
behandelt wird, worauf die Oelphase, gegebenenfalls naoh Reduzierung des Wassergehalts,
Je naoh gewähltem rennverfahren auf 15 bis 35 %, von der restlichen Masse, beispielsweise
durch Zentrifugieren, abgetrennt wird.
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Die zur Verwendung kommenden cellulytisch wirksamen Enzyme werden
aus Oellulase bildenden Mikroorganismen, wie Trichoderma-, Aspergillus-, Penicillium-
und Actinomylcesarten, erzeugt. Sie müssen möglichst frei von Lipase und Lipoxydase
sein. Ein geeignetes oellulytisch wirksames Enzympräparat ist z.B. das japanische
Handelsprodukt Cellulase AP3 (in Deutschland zu beeiehen durch die Firma Welding
& Co., 2 Hamburg 1, Alstertor 23), das in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa
0,5 ,, vorzugsweise 0,3 ,, bezogen auf Trockensubstanz
des zu mazerisirenden
Materials, zur Anwendung kont.
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Das getrocknete Material wird vor der Enzymbehandlung so fein vermahlen,
dass mindestens etwa 50 % des Mahlgutes eine Korngrasse unter etwa 500 Mikron und
mindestens etwa 25 % des Mahlgutes eine Korngröese unter etwa 250 Mikron aufweisen.
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Die Behandlung mit den cellulytisch wirksamen Enzymen erfolgt im pH-Bereich
von etwa 3,0 bis etwa 6,0 und bei Temperaturen von etwa 25 bis etwa 60°C, während
etwa 2 bis 24 Stunden, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 18 Stunden.
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Wie sich gezeigt hat, ist es für die erfolgreiche Durchftthrung des
vorgeschlagenen Prozesses ausschlaggebend, dass die Verfahrensmerkmale - Wassergehalt
des Rohstoffe vor der Zerkleinerung, Zerkleinerungsgrad, Wassergehalt während der
Mazeration, Xazerationsseit, pH-wert des Mazerationsmediums, Wassergehalt der Mazerationsmasse
vor den Zentrifugieren - so aufeinander abgestiflt werden, dass aus der pumpfähigen
Mazerationsmasse eine hohe Ölausbeute allein durch Zentrifugieren, d.h. ohne Zusatz
weiterer Stoffe und ohne zusätzliche Verfahrensschritte, erhalten wird.
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Der Wassergehalt während der Mazeration beträgt zweckmässig 50 bis
80, insbesondere 55 bis 70 %. Der Wassergehalt der Mazerationsmasse vor der mechanischen
Trennung, die aus technischen Grilnden vorzugsweise durch Zentrifugieren erfolgt,
beträgt vorzugsweise 15 bis 30 k.
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Der Vorteil des erfindungsgemäesen Verfahrens ist insbesondere darin
zu sehen, dass dadurch auf schonende Weise ein qualitativ hochwertiges Öl in relativ
hoher Ausbeute gewonnen wird. Die Ausbeute erreicht etwa 90 bis etwa 92 % der im
ölhaltigen pflansliohen Rohstoff enthaltenen Ölmenge. Gegenüber einen durch Pressen
erhaltenen dunkelbraunen Öl von hellgelber bis goldgelber Farbe. Man kommt deshalb
mit weniger Bleicherde aus. Auoh ist das erfindungsgemäss gewonnene Öl reiner als
das durch Pressen gewonnene Öl, so dass man vor der Raffination mit kürzeren Absitzzeiten
auskommt. Der Gehalt an freien Fettsäuren liegt bei etwa 5 bis etwa 7 % im Vergleich
zu etwa 2 bis etwa 4 % beim konventionellen Verfahren. Die erhöhten Werte sind bedingt
durch geringe Mengen Lipase und/oder Lipoxydaso, die durch die eingesetzten handelsüblichen
Cellulasepräparate eingeschleppt werden. Hoch gereinigte Cellulasepräparate fUhren
zu keiner oder nur zu einer sehr geringen Erhöhung des Gehalts an freien Fettsäuren.
Der Gehalt an Gesamt-Tocoperol, alpha-Tocoperol, beta- und gamma-Tocopherol en sowie
an Linolsäure liegt beim Arbeit/ nach dem erfindungsgemässen Verfahren deutlich
höher als bei Pressölen.
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Bisher hatte die Fachwelt angenommen, dass der Aufschluse der Zellwände
von ölhaltigem Material auf enzymatischem Wege fUr die Ölgewinnung ohne wirtschaftliche
Bedeutung ist, weil ein gleichzeitiger Angriff des Fettes erfolgt und ein mikrobieller
Befall des Materials begünstigt wird (vgl. P. Kaufmann in "neuzeitliche Technologie
der Fette und Fettprodukte", 3. Lieferung; Pressung, Münster 1961).
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Es bestand also ein erhebliches Vorurteil, das durch den vorgeschlagenen
Prozess überwunden wird. Wie gleichzeitig nachgewiesen werden konnte, wird der mikrobielle
Befall
des pflanzlichen Materials während der Durchführung des
vorgeschlagenen Verfahrens eher gehemmt als gefördert.
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Der nach Abtrennung der Ölphase erhaltene Rückstand kann zur Wiedergewinnung
der Enzymaktivität mit Wasser ausgewaschen werden, und das enzymhaltige Waschwasser
kann dann zur Einstellung des Wassergehalts des getrockneten, fein vermahlenen Materials
für die Behandlung mit cellulytisch wirksamen Enzymen verwendet werden.
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Wie sich gezeigt hat, ist mit dieser Massnahme offensichtlich keine
Anreicherung der Lipase- bzw. Lipoxydase-Aktivität, durch welche aellulasepräparate
in geringem Umfang verunreinigt sein können, verbunden.
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Nach einer besonderen Ausführungsform kann erfindungsgemäss auch so
verfahren werden, dass man das getrocknete, fein vermahlene Material mit mindestens
etwa 15 , Wasser versetzt, inen Teil des Öls durch Zentrifugieren abtrennt und den
Zentrifugenrückstand nach dem Verdünnen auf einen Wassergehalt von mindestens etwa
50 % gemäss Anspruch 1 weiterbehandelt. Hierdurch lässt sich der Enzym-Einsatz,
bezogen auf die insgesamt gewonnene Ölmenge, deutlich verringern. Die Farbe des
in der sweiten Prozeßstufe gewonnenen Öls ist zwar etwas dunkler, und der Gehalt
an freien Fettsäuren ist gegenüber einem O1 aua der ersten Prozeßstufe erhöht; auf
die Gesamtmenge des gewonnenen Öls bezogen ist jedoch die Menge gebildeter freier
Fettsäuren niedriger als bei der blgewinnung in einer Stufe, und im Vergleich zu
einem nur durch Pressen gewonnenen Öl ist der Gehalt an freien Fettsäuren bei der
zweistufigen Arbeitsweise kaum erhöht.
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Die hier angegebenen Wassergehalte sind imtechnischen Sinn zu verstehen,
das heisst, dass Abweichungen von etwa 10 * bezogen auf den angegebenen Wert, in
aller Regel zulässig sind. Dies ist häufig durch den Ausdruck "etwa" zum Ausdruck
gebracht.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung: Beispiel 1 Bei der
Nassvermahlung von Mais anfallende Keime werden auf einen Wassergehalt von etwa
3 bis etwa 5 % getrocknet,gegebenenfalls von anhaftenden Schalen befreit und in
einer Stiftmühle so fein veriahlen, dass etwa 53 s des Mahlguts eine Korngrösse
unter etwa 500 Mikron und etwa 28 , des Mahlguts eine Korngrösse unter etwa 250
Mikron aufweisen.
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500 g dieses Mahlguts werden mit Wasser, dem 0,3 % (bezogen auf Trockensubstanz-Keime)
das cellulytischen Enzyms AP 3 zugesetzt sind, auf einen Wassergehalt von etwa 60
% eingestellt. Mit 1-molarer Soda-Lösung wird der pH-Wert der Sutension auf 4,2
eingestellt. Unter Rühren wird sie auf 50 bis 520C erwärmt und etwa 18 Stunden bei
dieser Temperatur gehalten.
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Dann wird der Wassergehalt der Masse durch Absaugen der Brüden, durch
Anlegen von Vakuum oder in anderer geeigneter Weise auf 20 bis 25 * gesenkt und
das Öl durch Zentrifugieren abgetrennt. Die Ölausbeute beträgt 91 % der in den eingesetzten
Keimen vorhandenen und durch Extraktion mit Petroläther bestimmten Ölmenge.
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Beispiel 2 Zu 500 g des gemäss Beispiel 1 erhaltenen Mahlgutes wird
so viel Wasser gegeben, dass eine Mischung mit 18 bis 25 % Wasser entsteht. Aus
dieser Mischung wird Öl durch Zentrifugieren abgeschieden. Die abgetrennte Ölmenge
entspricht einer Ölausbeute von 61 s des in den Keimen insgesamt enthaltenen Öles.
Der Rtlckstand dieser ersten Ölabtrennung wird mit Wasser, dem 0,3 % (bezogen auf
Trockensubstanz-Rückstand) des oellulytischen Enzyms AP 3 zugesetzt sind, auf einen
Wassergehalt von etwa 60 s eingestellt. Ohne Korrektur des pH-Wertes wird unter
Rühren 18 Stunden lang auf 50 bis 520C erwärmt. Danach wird der Wassergehalt in
geeigneter Weise auf 20 bis 25 % gesenkt und die Masse in eine Zentrifuge überführt.
Die hier abgeschiedene Ölmenge entspricht 33 , des ursprünglich in den Keimen vorhandenen
Öles. Die Gesamtausbeute an Öl ist somit 94 %.